JP6221026B1 - 非常電源の電力制御装置。 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は「主電源」ではない小容量補助電源、たとえば、避難所に備蓄され災害時に稼働する「非常電源」等の電気的保護技術、および、同「非常電源」等の電力制御技術、に関するものであって、より具体的には、原出願では非常電源が過負荷でダウンすることを防ぐ非常電源の過負荷(過電流)保護装置、および、本願では重要負荷と非重要負荷とを混在させ給電している非常電源の電力制御装置を提供する。
本案「制御装置」は後述するとして、本案「保護装置」から説明する。
現在避難所に、カセットガスボンベ式発電機が備蓄されていて、これが大地震等激甚災害時の、主として照明用電源とされる。かかる発電電力は、1kw弱(900W程度)のものが多い。
かかる状況をふまえ、発明者は、電力余裕のある昼間に避難所の非常電源から携帯用充電器に給電し、多量の携帯機器に一斉に充電する技術を開発してきた。
複数のアンペア容量のブレーカ(No Fuse Breaker)を具備し、これらを使い分けること、が本発明の本質である。従来は複数のNFBを具備して、それらを使い分けること、は行われていない(新規)。
かつまた、この使い分けにて、非常電源の給電ラインの過電流(過負荷)を、より適切な電流制限で実現し、余裕電力があれば、その余裕ギリギリまで種々の負荷に給電できるようにした(進歩)。
避難所に備蓄され、災害時に用いられる非常電源。その非常電源は避難民の人命の命綱。これがダウンしないように、何らかの工夫を凝らす、ということは命の安心安全という観点から非常に重要な課題である。
2特開2016-096627電気遮断システム 中国電力
3特開2016-086528ノイズ電流を利用した発電回路
29特許4494447 災害用トイレ 旭コンクリート工業
30実登3113914 住宅用の手動式電源切換え装置
31実登3042895 防災用分電盤 センサー・テクノロジー
複数の給電電流制限手段(2)からひとつの給電電流制限手段(2)を選択する選択手段(3)、および、該選択されたひとつの給電電流制限手段(2)を、前記給電端子(5)を経由した負荷への給電ラインに接続する接続手段(3)、を有することを特徴とした、非常電源保護装置である。(図1参照)
図1が、災害時の避難所の非常電源と本発明装置のイメージスケッチであって、本発明装置の具備する必須アイテム「2」「3」「4」「5」を示している。図1の右方が、主に照明用として用いられる非常電源(10)、その左方に本発明の装置(1)が接続されている。本発明装置(1)が、「2A」「4A」「6A」「8A」の4つの給電電流制限手段(2)を具備し、さらに、それらのひとつを選択し荷給電ラインへ介入接続させる選択的接続手段(3)の具備、および、受電端子(4)給電端子(5)の具備を示している。
さて、避難所の非常照明は、とにかく明るく、と考え高輝度のハロゲン照明が選ばれた時期があった。ハロゲンの電力は300から400W。複数ハロゲンを備蓄しているのはまれで単数が多い。すなわち、900Wカセットガスボンベ式発電機と300Wハロゲン照明のセットである。
これら例1から例3は下表のようにまとめられる:
このサブクレームは、本装置をより具体的に実現(インプリメント)する方策を示している。図2が、前述の発電電力値(P)、非常電源の負荷である非常照明の消費電力値(N1)の数値を入力できるテンキー、および、判断「はい(Yes)」「いいえ(No)」入力キーを具備した簡易電卓型の機器(手段)と人間系(電源管理者)とがなすやり取りルーチン、および、その簡易電卓型機器の駆動エネルギーを示したものである。
このような給電電流制限手段(2)の再選択・接続替えの実施の必要性は、次の理由による。すなわち、非常電源によって給電される最大の相手先は非常照明であるが、好天に恵まれた昼間には照明無しで済む可能性が高い。ただし、朝の天候からの急変もありうる。
そのため、毎朝、たとえば9:00に、天候をみて給電電流制限手段(2)の「再選択/必要あれば接続替え」のルーチンを行うことが好ましい。
10アンペア未満の電流制限デバイスはこれに限定されるわけでなく、各社各様の製品が上梓されているので、適宜用いれば良い。
図16が、本案「保護装置」の発明の本質を示す図である。すなわち、日常、「電源」は強いものであって保護は考えない。分電盤にある電流制限器は、電源ではなく負荷の過電流保護のために配設されている(図16(a))。
これに対して非日常、すなわち、激甚災害時の避難所には非常電源が設置される。この非常電源は弱く脆弱なもので、負荷からの過剰な電流要求に対して保護を必要とする(図16(b))。
本発明の「保護装置」は、図16(b)の状況を論理的かつ技術的に再現可能なレベルで開示した。
以上、本案「保護装置」を説明した。
次に本案「制御装置」、すなわち、重要負荷と非重要負荷とを混在させ給電している非常電源の電力制御装置について説明する。
(甲)非重要負荷に供給できる最大余剰電力(Q[W])を式(1)の計算で求める計算手段、
(乙)最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を式(2)の計算でもとめる計算手段
(丙)非常電源が、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している出力電流icurrent[A]の測定手段
(丁)(丙)のicurrent[A]測定値を制御対象として、
該icurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御で、
該icurrent[A]が、前記最大電流(i[A])以上のときには、(3)式を制御目標として電流制御する電流制御手段。
甲 非重要負荷に供給できる最大余剰電力(Q[W])を式(1)の計算で求める計算手段
乙 最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を式(2)の計算でもとめる計算手段
丙 非常電源が、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している出力電流icurrent[A]の測定手段
丁 丙のicurrent[A]測定値を制御対象として電流制御する電流制御手段。
および、「D」「S」:
D 非常電源のすべての負荷の名称、電力容量をまとめたデータベース
S 非常電源のすべての負荷から、k個(k≧1)の重要負荷を選択する選択手段
を具備する。
・(丁):(丙)のicurrent[A]測定値を制御対象として以下の(ア)(イ)の制御を行う電流制御手段。
・・(ア):該icurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御で直流出力を前記直流出力端子に給電する。
・・(イ):該icurrent[A]が、前記最大電流(i[A])より大きいときには、(3)式を制御目標として電力入力側の該icurrent[A]の電流値を最大電流(i[A])以下に抑制し、電力出力側の直流出力を前記直流出力端子に給電する電流制御手段。
図17が、本案「制御装置」の発明の本質を示す図である。すなわち、日常、「電源」は強いものであって負荷の電流要求に対してある程度は応じるパワーをもっている。これに対して負荷によっては負荷電流を制限せねばならないものもある(図17(a))。
ところが非日常、すなわち、激甚災害時の避難所には非常電源が設置される。この非常電源は弱く脆弱なもので、負荷からの過剰な電流要求に対応できないため、その電流要求を制限する必要がある(図17(b))。
本発明の「制御装置」は、図17(b)の状況を論理的かつ技術的に再現可能なレベルで開示した。
以上、本案「制御装置」を説明した。
避難所の非常電源は、非常照明への給電が最重要とされているが、場合によってスマホ充電や寒々とした避難所で震える難民向けに電気毛布に給電、といった、電源として適応的に有効利用することが望まれている。しかしながら、従来はスマホの急速充電によって過電流・過負荷になる、あるいは、電気毛布などの発熱大容量負荷の接続で過電流・過負荷になる恐れがあって、そういった利用は不可能であった。
本案「制御装置」は、重要負荷と非重要負荷とを混在させ給電している非常電源の従来よりもインテリジェントな電力制御装置であって、たとえば接続された負荷が急速充電されたいがため、自らを低インピーダンス化して大電流に誘導し、上流側で電力供給している非常電源に過剰電流を流させ、これを壊してしまうような事象を未然に防止できる。
2 10で負荷に給電できる最大電流より小さな電流に制限する給電電流制限手段
3 複数の2のうちひとつを選択する手段、および、2を負荷給電ラインへ介入接続させる選択的接続手段
4 10に接続して10から給電される受電端子
5 負荷に接続して1から負荷に給電する給電端子
6 2を負荷給電ラインへ介入接続させる選択的接続手段
10 非常電源
11 カセットボンベ
20 本発明の「非常電源の電力制御装置」の発明の本質を示す部分
Con コンバータ(整流器 AC→DC変換器)
CLAC 交流での電流制限を実現するブロック
CLDC 直流での電流制限回路
CLDC’ ConとCLDCによって、交流から直流、そしてその直流で電流制限回路を介して直流で出力する回路ブロック
D 非常電源のすべての負荷の名称、電力容量をまとめたデータベース
Inv インバータ(DC→AC変換器)
S 非常電源のすべての負荷から、k個(k≧1)の重要負荷を選択する選択手段
T 直流出力端子、スマホやタブレット充電用のメスコネクタ端子
Claims (4)
- ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])、および、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している発電電力(P[W])の非常電源の電力制御装置であって、以下の(甲)(乙)(丙)(丁)の手段を具備する、装置。[ここで、N1・・・Nk[W]は、k個の重要負荷それぞれの消費電力値である]
・(甲):非重要負荷に供給できる最大余剰電力(Q[W])を式(1)の計算で求める計算手段、
・(乙):最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を式(2)の計算でもとめる計算手段
・(丙):非常電源が、他の非重要負荷に電圧V[V]で給電している出力電流icurrent[A]の測定手段
・(丁):(丙)のicurrent[A]測定値を制御対象として以下の(ア)(イ)の制御を行う電流制御手段。
・・(ア):該icurrent[A]が、前記最大電流(i[A])未満のときには、無制御。
・・(イ):該icurrent[A]が、前記最大電流(i[A])より大きいときには、式(3)を制御目標として該icurrent[A]の電流値を最大電流(i[A])以下に抑制する電流制御 。
- 非常電源のすべての負荷から、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])を選択する選択手段をさらに具備している請求項1に記載された、非常電源の電力制御装置。
- 時計を兼備して、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])が選択されている定刻に、
該定刻の条件下で前記の選択手段による再選択がなされ、
該再選択にて、他の、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])が選択された場合、前記の(甲)(乙)の計算手段による計算を行って、他の、ひとつ以上k個(k≧1)の重要負荷(N1・・・Nk[W])による最大余剰電力(Q[W])、ならびに、最大余剰電力(Q[W])が給電される際の最大電流(i[A])を求め、該最大電流(i[A])にて前記の(丙)(丁)による制御を行う、請求項2に記載された非常電源の電力制御装置。 - 他の非重要負荷が直流負荷であり、かつ、コンバータ(Con)と直流での電流制限回路(CLDC)と直流出力端子を具備して、発電電力(P[W])の非常電源から電力を受電し、該受電電力を、前記コンバータ(Con)で直流とし、
(丁)の手段ならびに前記直流での電流制限回路(CLDC)によって、(丙)の手段で測定された前記icurrent[A]の電流値を最大電流(i[A])以下に抑制しつつ、直流で直流出力端子から他の非重要負荷に給電する、請求項1から請求項3のいずれかに記載された非常電源の電力制御装置。
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